中國制造2025出版工程：深空探測航天器的制導控制技術

第1章　緒論　/ 1
　1.1　基本概念　/ 2
　　　1.1.1　制導、導航與控制　/ 2
　　　1.1.2　深空探測　/ 3
　1.2　深空探測典型任務中的制導控制技術　/ 4
　　　1.2.1　月球探測中的制導控制技術　/ 4
　　　1.2.2　火星探測中的制導控制技術　/ 15
　1.3　本書的主要內(nèi)容　/ 19
　參考文獻　/ 20

第2章　天體力學基礎　/ 24
　2.1　參考坐標系及坐標變換　/ 25
　　　2.1.1　參考坐標系的定義　/ 25
　　　2.1.2　坐標系之間的變換　/ 27
　2.2　時間系統(tǒng)　/ 28
　　　2.2.1　時間系統(tǒng)的定義　/ 28
　　　2.2.2　儒略日的定義及轉(zhuǎn)換　/ 30
　2.3　航天器動力學模型　/ 31
　　　2.3.1　中心體引力及形狀攝動勢函數(shù)　/ 31
　　　2.3.2　其他攝動模型　/ 34
　　　2.3.3　航天器動力學模型　/ 35
　2.4　小結(jié)　/ 36
　參考文獻　/ 37

第3章　控制基礎　/ 38
　3.1　控制問題的提出　/ 39
　3.2　變分法　/ 41
　　　3.2.1　終端時刻tf給定　/ 41
　　　3.2.2　終端時刻tf自由　/ 43
　3.3　極小值原理　/ 46
　3.4　控制的應用　/ 47
　　　3.4.1　控制的應用類型　/ 47
　　　3.4.2　應用實例　/ 49
　3.5　小結(jié)　/ 51
　參考文獻　/ 52

第4章　星際轉(zhuǎn)移和捕獲中的制導和控制技術　/ 53
　4.1　軌道動力學　/ 54
　　　4.1.1　轉(zhuǎn)移段　/ 54
　　　4.1.2　接近和捕獲段　/ 55
　4.2　轉(zhuǎn)移段制導控制方法　/ 55
　　　4.2.1　基于B平面的脈沖式軌道修正方法　/ 55
　　　4.2.2　連續(xù)推力軌道控制方法　/ 63
　　　4.2.3　推力在軌標定技術　/ 65
　4.3　接近和捕獲過程的制導控制方法　/ 66
　　　4.3.1　B平面制導方法　/ 66
　　　4.3.2　自主軌道規(guī)劃方法　/ 68
　　　4.3.3　氣動捕獲技術　/ 76
　4.4　應用實例　/ 80
　　　4.4.1　轉(zhuǎn)移段軌道修正　/ 81
　　　4.4.2　接近段自主軌道規(guī)劃　/ 82
　4.5　小結(jié)　/ 83
　參考文獻　/ 84

第5章　月球軟著陸的制導和控制技術　/ 85
　5.1　月球軟著陸任務特點分析　/ 86
　5.2　月球著陸動力學　/ 88
　　　5.2.1　坐標系統(tǒng)　/ 88
　　　5.2.2　引力場和重力場　/ 91
　　　5.2.3　動力學方程　/ 93
　5.3　不含燃料約束的制導方法　/ 94
　　　5.3.1　重力轉(zhuǎn)彎閉環(huán)跟蹤制導　/ 94
　　　5.3.2　多項式制導　/ 100
　5.4　燃料制導方法　/ 108
　　　5.4.1　軟著陸的制導問題　/ 108
　　　5.4.2　標稱軌跡法　/ 117
　　　5.4.3　重力轉(zhuǎn)彎制導方法　/ 128
　　　5.4.4　顯式制導方法　/ 137
　5.5　定點著陸的制導方法　/ 147
　　　5.5.1　定點著陸的控制問題　/ 147
　　　5.5.2　基于顯式制導的定點著陸制導　/ 151
　5.6　應用實例　/ 155
　5.7　小結(jié)　/ 160
　參考文獻　/ 160

第6章　火星進入過程的制導和控制技術　/ 162
　6.1　火星進入任務特點分析　/ 163
　　　6.1.1　火星進入環(huán)境特性分析　/ 163
　　　6.1.2　火星進入艙氣動力學特性分析　/ 165
　　　6.1.3　火星進入制導方法特點分析　/ 165
　6.2　基于標稱軌跡設計的解析預測校正制導方法　/ 167
　　　6.2.1　標稱軌跡設計　/ 167
　　　6.2.2　解析預測校正制導方法　/ 172
　　　6.2.3　航向校正制導方法　/ 185
　　　6.2.4　應用實例　/ 186
　6.3　基于阻力剖面跟蹤的魯棒制導方法　/ 187
　　　6.3.1　考慮不確定性的二階阻力動力學模型　/ 188
　　　6.3.2　阻力剖面跟蹤魯棒制導方法　/ 191
　　　6.3.3　改進魯棒制導方法　/ 193
　　　6.3.4　應用實例　/ 195
　6.4　小結(jié)　/ 197
　參考文獻　/ 197

第7章　高速返回地球再入過程的制導和控制技術　/ 199
　7.1　高速返回再入動力學模型　/ 200
　　　7.1.1　坐標系的建立　/ 200
　　　7.1.2　坐標系間的轉(zhuǎn)換矩陣　/ 201
　　　7.1.3　矢量形式的動力學方程　/ 203
　　　7.1.4　在半速度坐標系建立質(zhì)心動力學方程　/ 204
　7.2　高速返回再入任務特點和軌跡特性分析　/ 209
　　　7.2.1　高速再入任務特點　/ 209
　　　7.2.2　高速再入軌跡特點與分段　/ 211
　　　7.2.3　高速再入軌跡各段的動力學特點　/ 212
　　　7.2.4　高速再入的彈道特性與再入走廊分析　/ 215
　　　7.2.5　參數(shù)偏差對高速再入過程量和著陸精度的影響　/ 218
　7.3　標準軌道再入制導方法　/ 222
　　　7.3.1　標準軌道制導方法概述　/ 222
　　　7.3.2　標稱軌道制導方法跳躍式再入問題分析　/ 224
　　　7.3.3　基于Gauss偽譜法的參考軌跡優(yōu)化設計　/ 225
　　　7.3.4　基于數(shù)值預測校正方法的參考軌跡在線設計　/ 238
　　　7.3.5　基于非線性預測控制方法的軌跡跟蹤算法設計　/ 241
　7.4　預測校正再入制導方法　/ 252
　　　7.4.1　預測校正制導方法概述　/ 252
　　　7.4.2　預測校正制導方法過載抑制問題分析　/ 254
　　　7.4.3　開普勒段過載抑制算法　/ 256
　　　7.4.4　融合制導算法　/ 258
　　　7.4.5　應用實例　/ 259
　7.5　小結(jié)　/ 267
　參考文獻　/ 268

第8章　制導控制技術的地面驗證　/ 271
　8.1　著陸避障試驗　/ 272
　　　8.1.1　懸吊試驗——“LLRF” 　/ 273
　　　8.1.2　自由飛試驗——“睡神” 　/ 276
　8.2　再入返回試驗　/ 285
　　　8.2.1　“嫦娥-5飛行試驗器” 簡介　/ 285
　　　8.2.2　器艙組合介紹　/ 287
　　　8.2.3　試驗飛行過程　/ 290
　8.3　小結(jié)　/ 294
　參考文獻　/ 294

第9章　深空探測航天器制導控制技術發(fā)展展望　/ 296
　參考文獻　/ 302

索引　/ 304